NO803021L

NO803021L - PROCEDURE FOR MANUFACTURING TREMASSES, AND APPARATUS FOR EXERCISING THE PROCEDURE

Info

Publication number: NO803021L
Application number: NO803021A
Authority: NO
Inventors: Hjalmar Sten Ingemar Bystedt
Original assignee: Sunds Defibrator
Priority date: 1979-10-10
Filing date: 1980-10-09
Publication date: 1981-04-13
Also published as: SE420225B; FI70606C; FI70606B; BR8006522A; CA1152792A; SE7908412L; DE3038386A1; FI803230L; JPS5663086A; US4406734A

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av mekanisk masse av lignocelluloseholdig materiale ved anpressing av materialet mot en slipesten (1) som er roterbar rundt sin aksel (2).. Materialet tilføres i bulk i parti-kellform, fortrinnsvis som treflis, idet et stort antall materialpartikler samtidig fastholdes, komprimeres og under vanntilsetning anpresses mot et eller flere slipeområder på den perifielle overflaten av slipestenen (1). Slipestenen (1) er omgitt av et sluttet hus (5), som står under overtrykk.Method and device for producing mechanical pulp of lignocellulosic material by pressing the material against a grinding stone (1) which is rotatable about its axis (2). The material is supplied in bulk in particulate form, preferably as wood chips, a large number of material particles at the same time held, compressed and during water addition pressed against one or more grinding areas on the peripheral surface of the grinding stone (1). The grinding stone (1) is surrounded by a closed housing (5), which is under overpressure.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av mekanisk masse av lignocelluloseholdige materialer ved at dette presses mot en slipesten som roterer; The invention relates to a method and a device for producing mechanical pulp from lignocellulosic materials by pressing this against a rotating grindstone;

rundt sin akse,around its axis,

Ved den vanlige metoden for fremstilling av slipemasse presses kubb>'dvs. tømmerstokker oppdelt i en bestemt lengde, under vanntilsetning mot den perifere overflate av en roterende slipesten. Ved denne fremgangsmåte erholdes en ganske kortfibret masse som må armeres ved tilsetning av kjemisk masse til papirmasse. For å øke fiberlengden og kunne minske eller eliminere andelen av den dyrere kjemiske masse er det utviklet andre fremstillingsmetoder for mekanisk masse. Ved såkalt flisraffinering hugger man først veden til flis som innmates mellom to mot hverandre roterende maleskiver, hvor-ved flisen oppdeles i enkelte fibre. Ved fortsatt bearbei-ding fibrilleres disse og man erholder en langfibret masse .med gode styrkeegenskaper. Metoden er forbedret ved at man lar prosessen finne sted under damp-trykk, såkalt termomeka-nisk masse-fremstilling. Med denne metode kan man fra treflis, som er en billigere råvare enn rundved, fremstille en masse som helt eller for en stor del erstatter også de kjemiske massebestanddeler i avispapir og andre treholdige trykkpapirer, kartong eil.:\ Metoden krever imidlertid et større energiforbruk enn fremstilling av slipemassen. In the usual method for the production of grinding compound, blocks are pressed, i.e. logs split into a specific length, under the addition of water against the peripheral surface of a rotating grindstone. With this method, a rather short-fibre pulp is obtained which must be reinforced by adding chemical pulp to the pulp. In order to increase the fiber length and be able to reduce or eliminate the proportion of the more expensive chemical pulp, other production methods for mechanical pulp have been developed. In so-called chip refining, the wood is first chopped into chips which are fed between two counter-rotating grinding discs, where the chips are split into individual fibres. With continued processing, these are fibrillated and a long-fibred mass with good strength properties is obtained. The method is improved by allowing the process to take place under steam pressure, so-called thermomechanical pulp production. With this method, wood chips, which are a cheaper raw material than round wood, can be used to produce a pulp that completely or to a large extent also replaces the chemical pulp components in newsprint and other wood-containing printing papers, cardboard etc.:\ However, the method requires a greater energy consumption than production of the grinding compound.

For å forbedre slipemassens kvalitet har man også utført slipningen under overtrykk. Ifølge opplysninger blir derved fiberlengden og styrken forbedret uten økning av energifor-bruket. At metoden er begrenset til rundved er imidlertid fra et råvare—synspunkt en ulempe idet man ikke som ved flismetoden kan utnytte avfall fra sagverk så som spon, kutt, sterkt krokvokst tre etc. In order to improve the quality of the grinding compound, grinding has also been carried out under positive pressure. According to information, fiber length and strength are thereby improved without increasing energy consumption. The fact that the method is limited to roundwood is, however, from a raw material point of view a disadvantage, as you cannot, as with the chip method, use waste from sawmills such as shavings, offcuts, highly crooked wood etc.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å fremstille en mekanisk tremasse med et høyt langfiberinnhold og god styrke med lavt energiforbruk hvilket oppnås ved de særtrekk som er angitt i de etterfølgende krav. The purpose of the present invention is to produce a mechanical wood pulp with a high long fiber content and good strength with low energy consumption, which is achieved by the special features stated in the subsequent claims.

Oppfinnelsen fremgår videre av patentkravene og den etter-følgende beskrivelse av en utførelsesform av denne i for-bindelse med tegningene. The invention is further apparent from the patent claims and the subsequent description of an embodiment thereof in connection with the drawings.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt og fig. 2 et horisontalsnitt gjennom en anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et vertikalsnitt av en alternativ utførelsesform. Fig. 1 shows a vertical section and fig. 2 a horizontal section through a device for carrying out the method according to the invention. Fig. 3 shows a vertical section of an alternative embodiment.

Som det fremgår av figurene 1 og 2 er en sylindrisk slipesten eller slipeskive 1 montert på en vertikal aksel' 2, som oppe-bæres av lagrene 3 og roteres av motoren 4. Slipeskiven 1 As can be seen from figures 1 and 2, a cylindrical grinding stone or grinding wheel 1 is mounted on a vertical shaft 2, which is supported by the bearings 3 and rotated by the motor 4. The grinding wheel 1

er innelukket i et lukket trykkhus 5. Mot skivenes periferi er anbragt fire skruer 6 med en sylindrisk og en konisk del. Skruen er innesluttet i et skruerør 7. Over skruenes sylin-driske del finnes et sluk 8 som har form av et rør med rek-tangulært tverrsnitt. Skrurøret 7 går over i et konisk, is enclosed in a closed pressure housing 5. Four screws 6 with a cylindrical and a conical part are placed against the periphery of the discs. The screw is enclosed in a screw tube 7. Above the screw's cylindrical part there is a drain 8 which has the shape of a tube with a rectangular cross-section. The screw pipe 7 transitions into a conical,

■ ytre pluggrør 9 som vier seg ut mot slipeskiven 1 til et sylindrisk indre pluggrør 10 som gjennom en åpning i huset 5 munner ut helt inne ved slipeskiven. Skruen 6 dreies av motoren M med variabelt turtall. Mellom skruene finnes i huset anbragt dyser 11 som sprøyter varmt vann på skivenes periferi. I huset 5 finnes også anordnet et dampinntak 12 ■ outer plug pipe 9 which extends towards the grinding wheel 1 to a cylindrical inner plug pipe 10 which, through an opening in the housing 5, opens all the way inside the grinding wheel. The screw 6 is turned by the motor M with variable speed. Between the screws there are nozzles 11 arranged in the housing which spray hot water on the periphery of the discs. A steam intake 12 is also arranged in the housing 5

med en reguleringsventil 13. Huset avsluttes nedover mot utløpet 14 til en trykktank 15 som er: forsynt med ett eller flere dampavløp 16 med en reguleringsventil 17 og et masse-utløp 18 med reguleringsventilen 19. with a control valve 13. The housing ends downward towards the outlet 14 to a pressure tank 15 which is: provided with one or more steam drains 16 with a control valve 17 and a mass outlet 18 with the control valve 19.

Massen tilføres sluket 8 og faller ned på skruen 6. I den koniske delen av skruen sammenpresses flisen til en kontinuerlig, damptett plugg eller kort streng. Komprimerings-graden kan varieres ved valgrav skruens konisitet. Pluggen presses av skruen gjennom det ytre og indre pluggrør hen-holdsvis 9 og 10 mot slipeskivens perifere overflate. På denne måte oppdeles veden til enkeltfibre og fiberfragmenter som blandes med vann fra dysene 11 og spoles ned mot husets bunn gjennom'utløpet 14 til trykktanken 15. Fra trykktanken utblåses massen gjennom utløpet 18 og ventilen 19 til atmosfæren for, videre behandling, så som siling, virvelsortering etc. Ventilåpningen 19 reguleres slik at et massenivå opprettholdes i trykktanken. The mass is fed into the drain 8 and falls onto the screw 6. In the conical part of the screw, the tile is compressed into a continuous, vapor-tight plug or short string. The degree of compression can be varied by selecting the taper of the screw. The plug is pressed by the screw through the outer and inner plug tubes 9 and 10 respectively against the peripheral surface of the grinding wheel. In this way, the wood is divided into individual fibers and fiber fragments which are mixed with water from the nozzles 11 and are flushed down towards the bottom of the house through the outlet 14 to the pressure tank 15. From the pressure tank, the mass is blown out through the outlet 18 and the valve 19 to the atmosphere for further processing, such as screening , vortex sorting etc. The valve opening 19 is regulated so that a mass level is maintained in the pressure tank.

Trykket i hus og tank opprettholdes ved innføring av trykk-damp gjennom dampinnløpet 12. Ønsket damptrykk innstilles ved hjelp av reguleringsventilen 13. Eventuell overskudds-damp utblåses gjennom dampavløpet 16 og reguleringsventilen 17. The pressure in the housing and tank is maintained by introducing pressurized steam through the steam inlet 12. The desired steam pressure is set using the control valve 13. Any excess steam is blown out through the steam outlet 16 and the control valve 17.

Trykket i huset kan holdes mellom 100 og 400 til 1000 kPa absolutt og det mest egnede trykk er 150-250 kPa absolutt trykk hvilket tilsvarer en temperatur på 110-130°C. Ved denne temperatur mykegjøres ligninet i veden slik at fibrene skilles fra hverandre i en vesentlig uskadet tilstand. Flis-bitene er ved slipning fiksert i forskjellige fiberretninger, i motsetning til'slipning av rundved hvor fibrene er parallelle med slipeflaten eller ved flisraffinering hvor flisene er bevegelige. P.g.a. flisbitenes dimensjoner med største ut-strekning i fiberretningen vil de imidlertid ved komprimering og anpresning mot skiven "legge seg nedad", dvs. hovedsakelig orientere seg med fiberretningen i slipestenens rotasjon-retning. Andelen fibre som slipes med fiberretningen vinkelrett mot slipestenens rotasjonsretning blir derfor liten, hvilket naturligvis øker innholdet av langfibre. The pressure in the house can be kept between 100 and 400 to 1000 kPa absolute and the most suitable pressure is 150-250 kPa absolute pressure which corresponds to a temperature of 110-130°C. At this temperature, the lignin in the wood is softened so that the fibers are separated from each other in an essentially undamaged state. When grinding, the chip pieces are fixed in different grain directions, in contrast to 'grinding roundwood where the fibers are parallel to the grinding surface or during chip refining where the chips are movable. Because of. the dimensions of the chip pieces with the greatest extension in the fiber direction will, however, when compressed and pressed against the disc, "lay down", i.e. mainly orient themselves with the fiber direction in the direction of rotation of the grindstone. The proportion of fibers that are ground with the direction of the grain perpendicular to the rotation direction of the grindstone therefore becomes small, which naturally increases the content of long fibres.

En annen viktig faktor for bibeholdelse av fiberlengden er trykkdampatmosfæren. Kombinasjonen av høy fuktighet og høy temperatur som derved erholdes er gunstig for fibrenes frilegning. Andre faktorer som er bestemmende for massens kvalitet er mengden av sprøytevann, skivenes overflatestruk-tur, deres rotasjonshastighet, anpresningstrykket av flis-pluggen mot slipeskiven etc. Anpresningen bestemmes ved regulering av skruematerens turtall ved variering av motorene M's rotasjonshastighet. Når skruenes turtall økes økes anpresningstrykket og massen blir da grovere, dvs. at grov-- Another important factor in maintaining the fiber length is the pressurized steam atmosphere. The combination of high humidity and high temperature that results is favorable for the fibers to be exposed. Other factors that determine the quality of the mass are the amount of spray water, the surface structure of the discs, their rotation speed, the contact pressure of the chip plug against the grinding disc etc. The contact pressure is determined by regulating the speed of the screw feeder by varying the rotation speed of the motors M. When the speed of the screws is increased, the pressing pressure is increased and the mass then becomes coarser, i.e. that coarse--

og langfraksjonene øker og mengden av finstoff avtar. Massens avvanningsmotstand minsker. Samtidig økes produksjonen og belastningen på slipemotoren. Slipestenen-er vanligvis opp-'bygget av keramiske korn, som er innesluttet i et bindemiddel. and the long fractions increase and the amount of fines decreases. The mass's dewatering resistance decreases. At the same time, production and the load on the grinding motor are increased. The grindstone is usually made up of ceramic grains, which are enclosed in a binder.

Med forskjellig kornstruktur oppnås forskjellige massekvali-teter. With different grain structure, different pulp qualities are achieved.

Det er viktig at det indre pluggrøret munner ut så nær slipeskivens overflate som mulig slik at udefibrerte flisfragmen-ter skulle gli ut og havne i massen. Det indre pluggrøret er derfor anordnet forskyvbart slik at det kan føres frem når stenens slipeflate slipes. Det er kjent fra sliping av kubb at det i første rekke er når presstrykket avlastes ved illegning av en ny kubb at vedfragmenter kommer inn i massen. Ved sliping holdes veden derimot fast av presstrykket. Risi-koen for flis i massen er naturligvis større når veden fore-ligger i form av små flisbiter. Det er derfor en stor fordel med den kontinuerlige plugginnmatning at presstrykket aldri avlastes. Man unngår også den plutselige effektminsk-ning på slipemotoren hvorfor denne vil gå jevnt belastet hele tiden. Man kan også med fordel styre turtallet for skruene It is important that the inner plug pipe opens as close to the surface of the grinding wheel as possible so that non-fibrous chip fragments slide out and end up in the pulp. The inner plug tube is therefore arranged to be displaceable so that it can be moved forward when the grinding surface of the stone is being ground. It is known from the grinding of blocks that it is primarily when the pressure is relieved by placing a new block that wood fragments enter the mass. When sanding, on the other hand, the wood is held in place by the pressing pressure. The Risi cow for wood chips in the mass is naturally greater when the wood is in the form of small pieces of wood chips. It is therefore a major advantage of the continuous plug feed that the pressing pressure is never relieved. You also avoid the sudden reduction in power on the grinding motor, which is why it will run evenly under load all the time. You can also advantageously control the speed of the screws

. slik at motoren går med jevn og full belastning, uavhengig. so that the engine runs at steady and full load, independently

av variasjoner i matning p.g.a. varierende' flisestørrelse, vedkvalitet ovl. of variations in feeding due to varying' tile size, wood quality etc.

Tilførsel av flis til sluket 8 kan eksempelvis utføres fra en overliggende sylindrisk flisbinge 20. Denne har en bunn 21 som er utformet konisk med en opphøyning i sentrum og med radielt anordnede medbringere 22. Bunnen roterer langsomt slik at flisen mates ut mot periferien til en sirkulær renne 23 som er plassert over slukene 8.med åpninger over disse slik at flisen faller ned i stupet (såkalt tallerken utmatere). The supply of chips to the drain 8 can, for example, be carried out from an overlying cylindrical chip bin 20. This has a bottom 21 which is designed conically with an elevation in the center and with radially arranged carriers 22. The bottom rotates slowly so that the chips are fed out towards the periphery of a circular chute 23 which is placed above the drains 8. with openings above these so that the tile falls into the drop (so-called plate feeders).

Den ovenfor beskrevne utførelse av fremgangsmåten og anord-ningen for utførelse av oppfinnelsen er kun et eksempel og kan varieres på forskjellige måter innenfor patentkravenes ramme. Slipeskivenes aksel kan være horisbntell, slik som vist i fig. 3. En, to eller flere slipeområder kan anordnes på forskjellige måter mot skivens periferi. Med tilførsel av flis til slipoverflaten kan skje på forskjellige måter. Fastholdings- komprimerings og pressorganene kan være av en annen type f.eks. trykksylindre eller ved kjededrift. Trykket i huset kan opprettholdes ved hjelp av et annet trykkmedium enn vanndamp, eksempelvis ved hjelp av luft eller en inert gass. The above described embodiment of the method and device for carrying out the invention is only an example and can be varied in different ways within the framework of the patent claims. The axis of the grinding wheels can be horizontal, as shown in fig. 3. One, two or more grinding areas can be arranged in different ways towards the periphery of the disc. The supply of chips to the grinding surface can be done in different ways. The holding-compression and pressing means can be of a different type, e.g. pressure cylinders or by chain drive. The pressure in the housing can be maintained using a pressure medium other than water vapour, for example using air or an inert gas.

Slipeoverflaten kan eksempelvis være utført av stål, støpe-jérn, hårdmetall e.l. med opphøyninger og fordypninger i varierende mønster. Mønsteret kan utgjøres av. oppstikkende bommer eller klakker, mellom hvilke det danner seg kanaler eller spor og hvis høyde over slipeoverflaten er minst 1-2 mm og helst 3-5 mm. For å lette reparasjon av slitte partier på slipoverflaten kan slipeorganene være anordnet på et antall separate, utbyttbare sylindersegmenter. Utføring av masse fra trykkhuset kan skje på forskjellige måter. The grinding surface can, for example, be made of steel, cast iron, carbide etc. with elevations and depressions in varying patterns. The pattern can be made up of. protruding booms or lugs, between which channels or grooves are formed and whose height above the grinding surface is at least 1-2 mm and preferably 3-5 mm. To facilitate the repair of worn parts on the grinding surface, the grinding means can be arranged on a number of separate, replaceable cylinder segments. Discharge of pulp from the pressure chamber can take place in different ways.

Materialet kan forbehandles påjforskjellige måter, eksempelvis ved impregnering i forskjellige kjemikalie typer for oppmykning av fiberforbandet, endring av surhetsgraden (pH) eller for blekning. Kjemikalene kan også tilsettesrdirekte .ved slipningen passende oppløst i sprøytevannet. Materiålet må dog ikke nedbrytes på kjemisk;:eller mekanisk måte slik at det mister sin karakter som distinkte partikler med de til-nærme te dimensjoner som angis nedenfor. Denne aggregatform er nemlig nødvendig for at materiålet skal kunne fastholdes under slipningen i motsetning til det som er tilfellet for raffinering. The material can be pre-treated in a number of different ways, for example by impregnation in different chemical types to soften the fiber compound, change the acidity (pH) or for bleaching. The chemicals can also be added directly during grinding, suitably dissolved in the spray water. However, the material must not be broken down chemically or mechanically so that it loses its character as distinct particles with the approximate dimensions specified below. This form of aggregate is necessary so that the material can be retained during grinding, in contrast to what is the case for refining.

Oppfinnelsen angir således en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av mekanisk masse av lignocelluloseholdig materiale hvor dette i bulkform, bestående av et stoxt antall partikler, vanligvis treflis, under tilsetning av vann fastholdes og presses mot minst et slipeområde på den perifere overflate av en slipesten som roterer rundt en vinkelrett mot stenenes endeflater gjennomgående aksel i et lukket hus, som står under overtrykk. En passende partikel-størrelse for materiålet som skal anvendes ved utførelse av oppfinnelsen er derfor en lengde i fiberretningen på The invention thus specifies a method and a device for the production of mechanical pulp from lignocellulosic material, where this in bulk form, consisting of a stoxt number of particles, usually wood chips, is held while adding water and pressed against at least one grinding area on the peripheral surface of a grinding stone which rotates around a through axis perpendicular to the end surfaces of the stones in a closed housing, which is under pressure. A suitable particle size for the material to be used in carrying out the invention is therefore a length in the fiber direction of

ca 20-30 mm, én bredde på 10-20 mm og en tykkelse på 5-10 mm, dvs. en flisestørrelse som normalt anvendes ved cellulose-fremstilling. approx. 20-30 mm, one width of 10-20 mm and a thickness of 5-10 mm, i.e. a tile size normally used in cellulose production.

Claims

1. Method for the production of mechanical pulp from lignocellulosic material by pressing the material against a grinding stone that rotates around its axis, characterized by the material being supplied in bulk in the form of particles, preferably as wood chips, as a large number of material particles are simultaneously retained, compressed under the addition of water and is pressed against one or more grinding areas on the peripheral surface of the grinding stone-, the grinding stone being surrounded by a closed housing which is under pressure.

2. Method according to kravl, characterized in that the house is kept under a pressure of 100-1000 kPa absolute, preferably 150-250 kPa absolute, by means of water vapour, air and/or an inert gas.

3. Method according to claims 1' or 2, character- .rised in that the material is fed to the grinding stone through one or more openings in the housing in the form of a continuous vapor-tight plug or short string.

4. Device for carrying out the method according to claims 1-3, comprising a grinding stone (1) which rotates about its axis (2), as well as means (6-10) for retaining, compressing and pressing and feeding a lignocellulosic material against the grinding stone under water addition, characterized by organs arranged to simultaneously supply a large number of material - particles such as wood chips, to one or more grinding areas on the peripheral surface of a grinding stone and by a closed housing (5) surrounding the grinding stone, which can be placed under overpressure.

5. Device according to claim 4, characterized in that the housing is provided with one or more openings through which materials are fed in in the form of a continuous vapor-tight plug or short string.

6. Device according to claim 5, characterized by one or more rotatable, compressing screws (6) in the associated screw tube (7) for feeding and compressing the material into the continuous, vapor-tight plug or short string.

7. Device according to claims 4-6, characterized in that the outlet (14) of the pressure housing is connected to a closed container (15) which is under the same pressure as the housing and has an outlet (18) which is equipped with a valve (19) or other device for the discharge of the mass from the container to the atmosphere, the discharge being regulated so that a level of mass is maintained in the container.

8. Device according to claims 4-7, characterized in that the grinding surface or surfaces consist of a patterned, hard and grinding-resistant material, such as steel, cast iron, hard metal or ceramic grains held by a binder. .

9. Device according to claim 8, characterized in that the grinding surface or surfaces are provided with protruding grinding means in the form of booms or lugs between which channels or grooves are formed and whose height above the grinding surface is at least 1-2 mm and preferably 3-5 mm.

10. Device according to claims 4-9, characterized in that the grinding members are arranged on a number of separate, replaceable cylinder segments.